¿Qué es el Aerogel?

Samuel S. Kistler, en 1931, hizo una apuesta con su colega Charles Learned, sobre si era posible o no reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por un gas sin que el volumen del mismo disminuyera.

Como ocurre a veces, el resultado de un experimento que solo tenía como fin el desafío entre dos científicos dio como resultado una sustancia maravillosa «el aerogel».

El Aerogel, también conocido como «humo blanco» es un término muy amplio utilizado para hablar de un extraordinario grupo de materiales que se han utilizado desde la década de 1960 en los viajes espaciales, pero que ahora están encontrando múltiples usos gracias a sus propiedades.

Por ejemplo, es el material sólido más ligero que existe hoy en día (algunos solo 3 veces más pesados que el aire).

El aerogel en su forma sólida tiene una textura similar a la de poliestireno espumado (el famoso corcho blanco de bolitas) y solided parecida a la del vidrio.

Pero antes de definir que es un aerogel empecemos por definir lo que es un gel, ya que de él deriva.

Gel es una sustancia entra líquido y sólido de aspecto gelatinoso.

Los geles presentan una densidad similar a los líquidos, sin embargo su estructura se asemeja más a la de un sólido. El ejemplo más común de gel es la gelatina comestible.

Pues bien un aerogel es un gel donde se sustituye el contenido líquido del gel por aire o algún tipo de gas.

Después de la sustitución del líquido por aire nos quedará una espuma muy porosa con alta conectividad entre sus estructuras porosas y compuesto de hasta 99,98% de aire.

Ahora ya entiendes por qué se llama aerogel ¿NO?

Más adelante veremos cómo se fabrica el aerogel.

Realmente la palabra aerogel hace referencia a un tipo de estructura sintética (fabricada por el hombre) de la materia, una estructura de espuma sólida compuesta de una red de nanoestructuras interconectados y que tiene una porosidad de no menos de 50%. Una espuma mesoporosa, ramificada e interconectada, eso es un aerogel.

Mesoporosa se refiere a un material con muchos poros de muy pequeño diámetro, exactamente que contiene poros que van de 2 a 50 nm (nanómetros) de diámetro.

Básicamente un aerogel es un montón de burbujas que forman un bloque con la apariencia de una gelatina.

Burbujas rellenas primero de líquido y luego de aire.

Los dos tipos más comunes de aerogel se derivan del silicio y del carbono.

Por ejemplo, el aerogel de sílice solo es 3 veces más pesado que el aire, pero incluso si evacuamos el aire que tiene entre sus poros se consigue que sea incluso más ligero que el aire.

Ya que los más importante de los aerogeles son sus propiedades, hablemos de ellas.

Propiedades del Aerogel

– El material de menor densidad (más ligero), por lo general una 15 veces más pesado que el aire, aunque algunos pueden llegar a solo 3 veces más.

– Gran aislante térmico y acústico. Es capaz de proteger 39 veces más que la mejor fibra de vidrio.

De hecho su uso industrial más difundido es el empleo como aislante térmico en las ventanas de los edificios para evitar la pérdida de calor o frío.

– Gran resistencia a altas y bajas temperaturas. Puede colocarse para proteger incluso de las llamas.

– Material muy transparente.

– Bajo índice de refracción, el más bajo para un sólido.

Esta propiedad hace que no se distorsionen las cosas al verlas a través del aerogel.

– La velocidad del sonido a través de él es muy baja, 100 m/s.

– Ultra resistente. No debemos confundirnos con su apariencia y su fragilidad.

Este material es capaz de soportar mil veces su propio peso, pero ojo un pequeño golpe lo rompería ya que es muy frágil.

– El aerogel de tipo translúcido, permite la entrada de la radiación solar pero impide el escape de calor, como en el caso de los cristales.

–  Gran capacidad de absorber líquidos, ya que comparado con los materiales actuales, que solo pueden absorber 10 veces su propio peso, este material puede absorber 900 veces su propio peso.

Puede ser un material muy bueno para el tratamiento de los vertidos de petróleo en el mar.

El aerogel al golpearlo se convierte prácticamente en arena.

Ya existen algunas soluciones a este problema.

Una de ellas es echar el aerogel líquido alrededor de una manta de fibra de poliéster.

Esta manta sirve de esqueleto del aerogel cuando solidifica y lo hace menos frágil. Esto se llama «tela de aerogel».

Veamos dos ejemplo de las propiedades del aerogel.

En la siguiente imagen podemos ver una mano sobre hielo seco a -78º centígrados, igual que la temperatura de Marte.

¿Qué problema tendríamos si la ponemos directamente sobre el hielo seco?

Pues que nos quemaríamos la mano debido al frío del hielo seco.

Pero si ponemos una tela de aerogel entre el hielo seco y la mano podríamos tenerla así todo el tiempo que quisiéramos debido a su gran aislamiento térmico al frio.

Lo mismo ocurre con una llama, no nos quemaríamos debido a su gran aislamiento al calor.

Después de ver estas fantásticas propiedades que tiene los aerogeles la pregunta es…

¿Por qué no se fabrican muchas más cosas con aerogeles?

La respuesta es muy sencilla: Es muy caro y costoso de fabricar.

Quizás con el paso del tiempo se investigarán nuevas formas de fabricación con precios más asequibles, pero de momento es muy caro. Veamos como se fabrica aerogel.

Como se Hace el Aerogel

Se parte de una sustancia gelatinosa, en parte sólida y en parte líquida.

La parte sólida son cadenas finas de sílice rodeadas por alcohol, que es el líquido (mira la imagen de más abajo).

Para secar el gel, el alcohol que contiene es reemplazado por dióxido de carbono líquido a alta presión.

Ahora disminuimos la temperatura y el dióxido de carbono se convierte en gas evaporándose y dejando atrás pequeñas cápsulas de aire mil veces más finas que la tela de una araña.

Tipos de Aerogeles

Para fabricar los aerogeles se confecciona primero un gel basado normalmente en silicio como ya vimos, pero el silicio se puede reemplazar por carbono, titanio, entre otros para modificar las propiedades.

Los tipos de aerogeles dependen de la sustitución del silicio como base por otras sustancias, lo que hace que tengan propiedades diferentes.

Actualmente se pueden fabricar distintos tipos de aerogeles, utilizando como base el sílice, la alúmina, el óxido de cromo, el estaño o el carbono.

Cada uno de estos diferentes tipos de aerogeles ofrece propiedades únicas, que puede incluir la conductividad eléctrica (aerogeles de carbono y metal), extremo (hasta el 80%) de retorno elástico (nanotubos y grafeno aerogeles), funciones catalíticas (varios aerogeles de óxido y metal), fotoluminiscencia (punto cuántico y aerogeles calcogenuros metálicos), la repulsión de agua y absorción de aceite (sílice hidrófobo y polímeros aerogeles), y más.

Usos y Posibles Usos del Aerogel

– Material para la eliminación de residuos, por ejemplo manchas de petróleo en el mar. Hay un aerogel diseñado para absorber el plomo y el mercurio del agua.

– Material a prueba de balas. Hay aerogeles basados en titanio de 2 mm de grueso que pueden detener una bala. Se está probando para cubiertas y armaduras a prueba de bombas y explosivos, así como para vehículos militares.

– Aislante térmico y del ruido en ventanas y paredes.

– Revestimientos antirreflectantes.

– Trajes para soportar altas y/o bajas temperaturas. Ya se han fabricado prendas de vestir con aerogel y plantillas en zapatos para escaladores.

– Contenedores para el combustible de las naves espaciales muy ligeros. También placas para revestir la nave y soportar las altas temperaturas de la entrada en la atmósfera.

– Súper Condensadores.

– Pigmentos para tinta de la impresora.

– Un componente de pasta de dientes. Si, si, parece raro pero así es.

– Reemplazo para el papel en conos de altavoces.

–  Almohadillas aislantes para proteger a los usuarios contra el calor de los ordenadores portátiles

– Vasos que tras ser rotos, se disuelven en el agua y no contaminan, pues son básicamente arena.

Seguramente debido a sus increíbles propiedades, y en cuanto el proceso de fabricación reduzca sus costes, aparecerán muchísimas más aplicaciones.

Para acabar te dejamos un video muy interesante con un resumen del aerogel:

https://www.areatecnologia.com/materiales/aerogel.html

11/07/2022